本文關(guān)鍵詞：柴油機(jī)催化型DPF捕集過程數(shù)值模擬及排放性能試驗(yàn)研究

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【摘要】：柴油機(jī)具有動力強(qiáng)、油耗低和可靠性高等優(yōu)點(diǎn),已得到廣泛應(yīng)用,但是尾氣中的顆粒排放較高,給地球環(huán)境和人類健康帶來較大的危害。催化型DPF(Catalytic Diesel Particulate Filter,CDPF)不僅能有效地降低柴油機(jī)的顆粒排放,還能將排氣中CO、HC和NO等成分進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化,有效進(jìn)行DPF的連續(xù)被動再生;將DOC(Diesel Oxidation Catalyst)與CDPF組合(簡稱DOC+CDPF)使用不僅能夠保證CDPF的工作可靠性,進(jìn)一步降低CO、HC,還能實(shí)現(xiàn)DPF載體的連續(xù)再生。為了深入研究CDPF的捕集特性以及對柴油機(jī)氣體污染物和顆粒結(jié)構(gòu)特征的影響,本文應(yīng)用數(shù)值模擬方法,分析了CDPF捕集過程時內(nèi)部流場及顆粒分布特性。借助柴油機(jī)臺架試驗(yàn),評價了CDPF以及DOC+CDPF后的排放性能,同時應(yīng)用透射電鏡(TEM)和圖像處理技術(shù),考察了CDPF和DOC對顆粒形貌結(jié)構(gòu)的影響。應(yīng)用GT-POWER和AVL-FIRE軟件建立了CDPF數(shù)值模型,對模型的壓降進(jìn)行數(shù)值模擬,并借助臺架試驗(yàn)驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。此外,重點(diǎn)分析了CDPF壓降曲線分布特性,CDPF內(nèi)部氣流流動和顆粒分布變化規(guī)律,并優(yōu)化了CDPF結(jié)構(gòu)參數(shù)。模擬結(jié)果表明,在CDPF載體內(nèi),捕集初期是以深床過濾為主,隨著時間的增加,捕集方式逐漸以濾餅捕集為主;由于擴(kuò)口區(qū)域內(nèi)存在渦流區(qū),造成進(jìn)入CDPF的氣流速度不均勻,而在氣流流場的影響下,顆粒在CDPF軸向位置和徑向位置也呈不均勻分布;隨著顆粒沉積量增大,CDPF截面軸向流速分布均勻性得以改善,而改變?nèi)肟诹魉賹S向流速分布影響較小;當(dāng)使用直徑比為3.0、孔密度(CPSI)為200和過濾壁厚為0.35 mm的CDPF時,可獲得較高的捕集效率和較低的壓降變化,并有利于CDPF的氣流分布且對柴油機(jī)性能影響較小。通過臺架試驗(yàn),對比分析了CDPF和DOC+CDPF對柴油機(jī)性能及排放的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明,柴油機(jī)在標(biāo)定轉(zhuǎn)速不同負(fù)荷下運(yùn)行,通過CDPF作用,CO和HC轉(zhuǎn)化率平均可達(dá)73%和64%,NO的轉(zhuǎn)化率最高可達(dá)28%,高負(fù)荷時,通過CDPF作用,對碳煙排放的降低效果較好,而柴油機(jī)燃油消耗率小幅增加;通過DOC+CDPF作用,對CO、HC和NO均有較好的氧化作用,其轉(zhuǎn)化率均有所增加,DOC對碳煙排放的影響不明顯。應(yīng)用TEM試驗(yàn),對DOC+CDPF前后排氣中的顆粒進(jìn)行表征獲得顆粒的微觀形貌特性,運(yùn)用圖像處理方法,分析了顆粒的平均直徑,并計(jì)算了顆粒的計(jì)盒維數(shù),探討了CDPF和DOC對顆粒形貌結(jié)構(gòu)及團(tuán)簇程度的影響。TEM分析結(jié)果表明,全負(fù)荷時,柴油機(jī)排氣中的顆粒群呈團(tuán)狀、球狀分布,堆積明顯,基本碳粒子輪廓難以分辨;在DOC作用下,顆粒群呈鏈狀、簇狀分布,基本碳粒子的輪廓清晰;在DOC+CDPF作用下,顆粒堆積程度下降,基本碳粒子的輪廓更加明顯。此外,顆粒的平均粒徑減小;顆粒結(jié)構(gòu)變得松散。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK427

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本文編號：1246386